ES2682525B1 - LASER SCANNING SET, VEHICLE AND CORRESPONDING LASER SCANNING PROCEDURE - Google Patents
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Description
CONJUNTO DE ESCANEO POR LÁSER, VEHÍCULO Y PROCEDIMIENTO DELASER SCAN SET, VEHICLE AND PROCEDURE OF
ESCANEO POR LÁSER CORRESPONDIENTES CORRESPONDING LASER SCAN
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Campo de la invenciónField of the Invention
La invención se refiere a un conjunto de escaneo por láser para obtener una caracterización geométrica de la forma de una superficie a partir del principio de triangulación que comprende: un emisor de luz láser para emitir un haz de luz láser, unos primeros medios de difracción para transformar dicho haz de luz láser en una configuración de abanico plano dispuestos aguas abajo de dicho emisor de luz láser, unos primeros medios de redireccionamiento de luz dispuestos aguas abajo de dicho emisor de luz láser, para recibir y redirigir dicho haz de luz láser y proyectarlo sobre dicha superficie que debe ser caracterizada, un receptor de luz dispuesto respecto a dicha superficie y a dichos primeros medios de redireccionamiento de manera que dicho receptor de luz capta un área de escaneo que corresponde a una área de dicha superficie que debe ser caracterizada que incluye dicho abanico proyectado sobre dicha superficie, y unos medios de control funcionalmente asociados a dicho emisor y dicho receptor de luz para sincronizar el funcionamiento conjunto de dicho emisor de luz y dicho receptor de luz, y estando dichos primeros medios de redireccionamiento y dicho receptor de luz separados a una distancia predeterminada conocida que define una línea de base constante entre ambos y formando dicho abanico, una vez redirigido, un primer ángulo con respecto a dicha línea de base, y una vez reflejado por dicha superficie un segundo ángulo con respecto a dicha línea de base.The invention relates to a laser scanning set for obtaining a geometric characterization of the shape of a surface from the triangulation principle comprising: a laser light emitter for emitting a laser light beam, first diffraction means for transforming said laser light beam into a flat fan configuration disposed downstream of said laser light emitter, first light redirecting means disposed downstream of said laser light emitter, to receive and redirect said laser light beam and project it on said surface that must be characterized, a light receiver arranged with respect to said surface and said first redirection means such that said light receiver captures a scanning area corresponding to an area of said surface that must be characterized that includes said fan projected on said surface, and control means functionally associated with said emitter and said light receiver to synchronize the joint operation of said light emitter and said light receiver, and said first redirection means and said light receiver being separated at a known predetermined distance defining a constant baseline between both and said fan, once redirected, forming a first angle with respect to said baseline, and once reflected by said surface a second angle with respect to said baseline.
La invención también se refiere a un vehículo que incorpora dicho conjunto de escaneo por láser para caracterizar una superficie.The invention also relates to a vehicle that incorporates said laser scanning set to characterize a surface.
Finalmente, la invención también se refiere a un procedimiento procedimiento de escaneo por láser para obtener una caracterización de la forma de una superficie que comprende las etapas de emitir un haz de luz láser a través de un emisor de luz láser, transformar dicho haz de luz láser en una configuración de abanico plano a través de unos primeros medios de difracción dispuestos aguas abajo de dicho emisor de luz láser, recibir dicho haz láser y redireccionarlo para proyectarlo sobre dicha superficie que debe ser caracterizada, a través de unos primeros medios de redireccionamiento de luz dispuestos aguas abajo de dicho emisor de luz láser, captar un área de escaneo de dicha superficie que debe ser caracterizada a través de un receptor de luz dispuesto respecto a dicho emisor de luz, conteniendo dicha área dicho abanico proyectado sobre dicha superficie, y sincronizar la emisión de dicho abanico emisor de luz y la captación por parte de dicho receptor de luz a través de unos medios de control funcionalmente asociados a dicho emisor y dicho receptor de luz, estando dichos primeros medios de redireccionamiento y dicho receptor de luz separados a una distancia predeterminada conocida que define una línea de base entre ambos y formando dicho abanico, una vez redirigido, un primer ángulo con respecto a dicha línea de base, y una vez reflejado por dicha superficie un segundo ángulo con respecto a dicha línea de base.Finally, the invention also relates to a method of laser scanning procedure to obtain a characterization of the shape of a surface comprising the steps of emitting a laser light beam through a laser light emitter, transforming said light beam laser in a flat fan configuration through first diffraction means arranged downstream of said laser light emitter, receiving said laser beam and redirecting it to project it on said surface that must be characterized, through first light redirection means arranged downstream of said laser light emitter , capturing a scanning area of said surface that must be characterized by a light receiver arranged with respect to said light emitter, said area containing said fan projected on said surface, and synchronizing the emission of said light emitting fan and the uptake by said light receiver through control means functionally associated with said emitter and said light receiver, said first redirection means and said light receiver being separated at a known predetermined distance defining a baseline between both and forming said fan, once redirected, a first angle with respect to dich to baseline, and once reflected by said surface a second angle with respect to said baseline.
Estado de la técnicaState of the art
En el estado de la técnica, son conocidos los conjuntos de escaneo por láser. Estos conjuntos facilitan la obtención datos para generar una o más nubes tridimensionales de puntos que describen geométricamente la superficie que debe ser caracterizada. In the state of the art, laser scanning sets are known. These sets make it easier to obtain data to generate one or more three-dimensional clouds of points that describe geometrically the surface to be characterized.
El documento US 2012/0062963 A1 divulga un conjunto de escaneo por láser que incluye principalmente un emisor, un receptor y un control central. El emisor es un emisor de luz láser que incluye medios para configurar la luz láser en una configuración de abanico. El abanico es proyectado sobre la superficie que debe ser caracterizada. El receptor, que normalmente es una cámara, recibe esta luz reflejada desde la superficie que debe ser caracterizada. Finalmente, el control está asociado al emisor y al receptor y se encarga de controlar la emisión y recepción de la luz láser. Asimismo, el control también mueve el emisor y receptor conjuntamente para poder obtener las imágenes que luego permiten generar las nubes de puntos que caracterizan la superficie. Document US 2012/0062963 A1 discloses a laser scanning set that mainly includes a transmitter, a receiver and a central control. The emitter is a laser light emitter that includes means for configuring the laser light in a fan configuration. The fan is projected on the surface that must be characterized. The receiver, which is normally a camera, receives this reflected light from the surface that must be characterized. Finally, the control is associated with the transmitter and the receiver and is responsible for controlling the emission and reception of the laser light. Likewise, the control also moves the transmitter and receiver together in order to obtain the images that then allow to generate the clouds of points that characterize the surface.
El mismo documento US 2012/0062963 A1 divulga un segundo conjunto de escaneo que comprende dos subconjuntos receptores de luz y un subconjunto emisor de luz láser dispuesto entre los subconjuntos receptores de luz. El emisor de luz de nuevo presenta medios para convertir la luz láser puntual en una configuración de abanico. En este caso, el subconjunto emisor se puede mover respecto a los subconjuntos receptores de luz.The same document US 2012/0062963 A1 discloses a second scan set comprising two light receiving subsets and a laser light emitting subset disposed between the light receiving subsets. The light emitter again presents means to convert the spot laser light into a fan configuration. In this case, the emitting subset can be moved relative to the light receiving subsets.
La caracterización geométrica de superficies por láser puede ser de gran utilidad en muchas áreas de la técnica, tal como guiado de vehículos autónomos, cartografía, manipulación de dispositivos en entornos peligrosos u otros. No obstante, el problema de los sistemas de escaneo por láser basados en el principio de triangulación conocidos reside en su lentitud a la hora de obtener la caracterización de la superficie analizada. Esto provoca limitaciones importantes.The geometric characterization of surfaces by laser can be very useful in many areas of the technique, such as autonomous vehicle guidance, mapping, manipulation of devices in dangerous or other environments. However, the problem of laser scanning systems based on the known triangulation principle lies in their slowness in obtaining the characterization of the analyzed surface. This causes important limitations.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
La invención tiene como finalidad proporcionar un conjunto de escaneo por láser para obtener una caracterización de la forma de una superficie que debe ser caracterizada basado en el principio de la triangulación del tipo indicado al principio, que permita caracterizar la superficie a una mayor velocidad y con mayor definición que los dispositivos conocidos del estado de la técnica.The purpose of the invention is to provide a laser scanning set to obtain a characterization of the shape of a surface that must be characterized based on the triangulation principle of the type indicated at the beginning, which allows the surface to be characterized at a higher speed and with greater definition than devices known in the state of the art.
Esta finalidad se consigue mediante un conjunto de escaneo por láser del tipo indicado al principio, caracterizado por que dicho receptor de luz comprende unos primeros medios de procesamiento propios, configurados para obtener a partir de dicha área de escaneo captada, una pluralidad de puntos iluminados por la reflexión de dicho abanico en dicha superficie y por que dichos primeros medios de redireccionamiento están montados rotativos alrededor de por lo menos un eje fijo con respecto a dicho emisor y dicho receptor de luz, estando el giro de dichos primeros medios de redireccionamiento controlado por dichos medios de control, para desplazar dicho abanico dentro de dicha área de escaneo a lo largo de una pluralidad de posiciones instantáneas distintas, de manera sincronizada con el funcionamiento de dicho emisor de luz y dicho receptor de luz. This purpose is achieved by means of a laser scanning set of the type indicated at the beginning, characterized in that said light receiver comprises its own first processing means, configured to obtain, from said scanned area, a plurality of points illuminated by the reflection of said fan on said surface and why said first redirection means are mounted rotatably around at least one fixed axis with respect to said emitter and said light receiver, the rotation of said first redirection means being controlled by said control means, to move said fan within said scanning area along a plurality of different instantaneous positions, in a synchronized manner with the operation of said light emitter and said light receiver.
El conjunto según la invención presenta múltiples ventajas con respecto a los conjuntos conocidos del estado de la técnica. En primer lugar, gracias a que los medios de redireccionamiento de luz están montados rotativos alrededor de un eje fijo con respecto al emisor y al receptor se elimina la necesidad de mover tanto el emisor, como el receptor durante el escaneo. Con ello se reduce la masa que hay que mover para poder llevar a cabo el escaneo y por consiguiente se gana en velocidad de proyección de luz láser en distintos puntos de la superficie a caracterizar, ya que las inercias del sistema son mínimas. Unos medios de redireccionamiento preferentes, son, por ejemplo, un espejo galvanométrico. El espejo galvanométrico puede estar formado por cualquier superficie reflectante capaz de soportar el efecto del láser incidente sin degradarse.The assembly according to the invention has multiple advantages over the known assemblies of the state of the art. In the first place, thanks to the fact that the light redirection means are mounted rotating around a fixed axis with respect to the emitter and the receiver, the need to move both the emitter and the receiver during scanning is eliminated. This reduces the mass that must be moved in order to carry out the scan and therefore gains in the speed of laser light projection at different points of the surface to be characterized, since the inertia of the system is minimal. Preferred redirection means are, for example, a galvanometric mirror. The galvanometric mirror can be formed by any reflective surface capable of supporting the effect of the incident laser without degrading.
Por otra parte, el hecho de que el receptor incorpore unos primeros medios de procesamiento permite reducir notablemente los datos que se transmiten del dicho receptor de luz al dicho control central y se utilizan para la obtención final de la nube de puntos.On the other hand, the fact that the receiver incorporates first processing means allows the data transmitted from said light receiver to said central control to be significantly reduced and used for the final obtaining of the point cloud.
La combinación de ambas características permite ganar enormemente en velocidad, ya que la luz láser se puede mover a gran velocidad para barrer la superficie a caracterizar. Por otra parte, los medios de recepción únicamente procesan los puntos imprescindibles de cada imagen que reciben de la superficie escaneada para caracterizar su geometría.The combination of both characteristics allows to gain enormously in speed, since the laser light can move at great speed to sweep the surface to be characterized. On the other hand, the reception means only process the essential points of each image they receive from the scanned surface to characterize their geometry.
Además, la invención abarca una serie de características preferentes que son objeto de las reivindicaciones dependientes y cuya utilidad se pondrá de relieve más adelante en la descripción detallada de una forma de realización de la invención.Furthermore, the invention encompasses a series of preferred features that are the subject of the dependent claims and whose usefulness will be highlighted later in the detailed description of an embodiment of the invention.
Con el objetivo de simplificar la fabricación de los medios de difracción, así como facilitar el montaje y alineación del dispositivo para lograr un escaneo de precisión, dichos primeros medios de difracción están dispuestos entre dicho emisor de luz láser y dichos primeros medios de redireccionamiento de luz, de manera que dicho haz de luz láser se transforma en primer lugar en una configuración de abanico plano, y luego es redirigido por dichos medios de redireccionamiento para proyectar dicho abanico sobre dicha superficie que debe ser caracterizada. En este caso se puede utilizar una lente cilíndrica o Powell estándar adaptada a las características del láser y sin necesidad de elevadas precisiones de mecanizado y montaje del conjunto.In order to simplify the manufacture of the diffraction means, as well as to facilitate the assembly and alignment of the device to achieve a precision scan, said first diffraction means are arranged between said laser light emitter and said first light redirection means. , so that said laser light beam is first transformed into a flat fan configuration, and then is redirected by said redirection means to project said fan onto said surface that must be characterized. In this case you can use a Standard cylindrical or Powell lens adapted to the characteristics of the laser and without the need for high machining and assembly precision.
Con el objetivo de incrementar todavía más la velocidad de caracterización de la superficie, dicho receptor de luz comprende una región de interés que corresponde a una parte de dicha área de escaneo, siendo dicha región de interés móvil en dicha área de escaneo controlada por dichos medios de control, en función de la posición angular de dichos primeros medios de redireccionamiento, de manera que dicha región de interés es desplazada en dicha área de escaneo para contener la posición instantánea de dicho abanico en dicha área de escaneo. Esta región de interés reduce notablemente el área de escaneo que debe ser procesada a través de los primeros medios de procesado del receptor, lo cual favorece nuevamente el incremento de velocidad del conjunto.In order to further increase the speed of surface characterization, said light receiver comprises a region of interest corresponding to a part of said scanning area, said region of mobile interest being in said scanning area controlled by said means of control, depending on the angular position of said first redirection means, such that said region of interest is displaced in said scanning area to contain the instantaneous position of said fan in said scanning area. This region of interest significantly reduces the scanning area that must be processed through the first processing means of the receiver, which again favors the increase in speed of the set.
En una forma de realización preferente del conjunto dicha área de escaneo es un paralelogramo de ángulos rectos con una base y una altura predeterminadas y dicha región de interés es un paralelogramo de ángulos rectos. En la forma más general de la invención, el sensor captador de luz de una cámara, y que se proyecta sobre una parte o la totalidad de la superficie a caracterizar no tiene porqué ser esta proyección rectangular.In a preferred embodiment of the assembly said scanning area is a parallelogram of right angles with a predetermined base and height and said region of interest is a parallelogram of right angles. In the most general form of the invention, the light sensor of a camera, and which is projected on a part or all of the surface to be characterized, does not have to be this rectangular projection.
De forma especialmente preferente dicha región de interés ocupa la totalidad de dicha base o dicha altura de dicha área de escaneo, es decir, que la región de interés ocupa toda la altura o toda la base de dicho paralelogramo. En cambio, la región de interés sólo ocupa una parte de la magnitud contraria, es decir, si ocupa toda la altura, entonces, sólo ocupará parte de la base del área de escaneo. Con ello, se simplifica el control de la región de interés respecto al área de incidencia, ya que únicamente es necesario moverla en una dirección.Especially preferably said region of interest occupies all of said base or said height of said scanning area, that is, that the region of interest occupies the entire height or entire base of said parallelogram. On the other hand, the region of interest only occupies a part of the opposite magnitude, that is, if it occupies the entire height, then it will only occupy part of the base of the scanning area. This simplifies the control of the region of interest with respect to the area of incidence, since it is only necessary to move it in one direction.
La invención se plantea el problema de proteger el conjunto de escaneo frente a elementos externos que lo podrían dañar. Por ello, en una forma de realización preferente, el emisor de luz, dichos medios de redireccionamiento y dicho receptor de luz están encapsulados en por lo menos una carcasa y dicha por lo menos una carcasa comprende una ventana de emisión y una ventana de recepción, estando dichos medios de redireccionamiento enfrentados a dicha ventana de emisión para proyectar dicho abanico plano sobre dicha superficie, mientras que dicho receptor de luz está enfrentado a dicha ventana de recepción para captar dicha área de escaneo. The invention poses the problem of protecting the scan set against external elements that could damage it. Therefore, in a preferred embodiment, the light emitter, said redirection means and said light receiver are encapsulated in at least one housing and said at least one housing comprises an emission window and a reception window, being said redirection means facing said emission window to project said flat fan on said surface, while said light receiver is facing said reception window to capture said scanning area.
Otro problema relevante consiste en optimizar el conjunto de escaneo para trabajar en medios distintos del aire y en particular, sumergido en agua. Para ello, dicha carcasa es estanca al agua y dicho láser es verde o azul. El láser verde o azul se atenúa menos bajo el agua que otros tipos de láser y por lo tanto se proyecta a mayor distancia. En ambientes de aguas claras o levemente turbias, es especialmente preferente que el láser sea azul ya que presenta menos atenuación que el láser verde, a pesar de tener más retrodispersión (del inglés backscatteríng), es decir, la reflexión de la luz hacia el propio conjunto. Alternativamente, en caso de aguas más turbias, es preferente que el láser sea verde, ya que a pesar de tener más atenuación que un láser azul, el láser verde presenta una retrodispersión menor que la del láser azul. En condiciones de un solo medio de proyección, es decir, la proyección en el aire sin cambio de medio, el abanico plano se proyecta sobre la superficie como una línea recta. Esto no ocurre en los casos en los que existe un cambio de medio, por ejemplo, aire-ventana-agua.Another relevant problem is to optimize the scan set to work in media other than air and in particular, submerged in water. To do this, said housing is waterproof and said laser is green or blue. The green or blue laser is less attenuated underwater than other types of lasers and is therefore projected at a greater distance. In environments of clear or slightly cloudy waters, it is especially preferred that the laser is blue since it has less attenuation than the green laser, despite having more backscatter (from English backscattering), that is, the reflection of the light towards the own set. Alternatively, in case of more turbid waters, it is preferred that the laser be green, since despite having more attenuation than a blue laser, the green laser has a lower backscatter than that of the blue laser. Under conditions of a single projection medium, that is, the projection in the air without changing the medium, the flat fan is projected onto the surface as a straight line. This does not happen in cases where there is a change of medium, for example, air-window-water.
Por otra parte, la invención se refiere también a un vehículo que incorpora un conjunto de escaneo por láser según la invención. Este tipo de vehículos así equipados, disponen de una gran autonomía de funcionamiento, ya que son capaces de determinar cómo es su entorno.On the other hand, the invention also relates to a vehicle that incorporates a laser scanning set according to the invention. This type of vehicles so equipped, have a great autonomy of operation, since they are able to determine how is their environment.
De forma especialmente preferente, el dispositivo es un vehículo subacuático.Especially preferably, the device is an underwater vehicle.
La invención se plantea el problema de reducir riesgos humanos en las operaciones submarinas. Por ello, de forma especialmente preferente, el vehículo subacuático es operado a distancia o es un vehículo autónomo.The invention poses the problem of reducing human risks in underwater operations. Therefore, especially preferably, the underwater vehicle is operated remotely or is an autonomous vehicle.
Finalmente, la invención se refiere también a un procedimiento que permite mejorar la velocidad y definición del escaneo de la superficie a caracterizar.Finally, the invention also relates to a method that allows to improve the speed and definition of the scan of the surface to be characterized.
Esto se consigue mediante un procedimiento de escaneo por láser para obtener una caracterización de la forma de una superficie del tipo indicado al principio, caracterizado por que comprende las etapas adicionales de obtener, a través de unos primeros medios de procesamiento propios de dicho receptor de luz que identifican una pluralidad de puntos iluminados en el área de escaneo por la reflexión del abanico, y rotar dichos primeros medios de redireccionamiento alrededor de por lo menos un eje fijo con respecto a dicho emisor y dicho receptor de luz, estando el giro de dichos primeros medios de redireccionamiento controlado por dichos medios de control, para desplazar dicho abanico dentro de dicha área de escaneo a lo largo de una pluralidad de posiciones instantáneas distintas de manera sincronizada con el funcionamiento de dicho emisor de luz y dicho receptor de luz, y repetir dichas etapas anteriores para una pluralidad de posiciones angulares de dichos medios de redireccionamiento para obtener una nube de puntos tridimensional que caracterice dicha superficie.This is achieved by a laser scanning procedure to obtain a characterization of the shape of a surface of the type indicated at the beginning, characterized in that it comprises the additional steps of obtaining, through first processing means of said light receiver that identify a plurality of points illuminated in the scanning area by the reflection of the fan, and rotating said first redirection means around of at least one fixed axis with respect to said emitter and said light receiver, the rotation of said first redirection means being controlled by said control means, to move said fan within said scanning area along a plurality of different instantaneous positions in a synchronized manner with the operation of said light emitter and said light receiver, and repeat said previous steps for a plurality of angular positions of said redirection means to obtain a three-dimensional point cloud that characterizes said surface.
De forma especialmente preferente, y para simplificar el montaje y mecanizado de las lentes del sistema, dichos primeros medios de difracción están dispuestos entre dicho emisor de luz láser y dichos primeros medios de luz de manera que dicho haz de luz láser se transforma en primer lugar en una configuración de abanico plano, y luego es redirigido por dichos medios de redireccionamiento para proyectar dicho abanico sobre dicha superficie que debe ser caracterizada.Especially preferably, and to simplify the assembly and machining of the system lenses, said first diffraction means are arranged between said laser light emitter and said first light means so that said laser light beam is transformed first in a flat fan configuration, and then it is redirected by said redirection means to project said fan on said surface that must be characterized.
Por otra parte, para incrementar todavía más la velocidad de escaneo y la definición, el procedimiento comprende la etapa de aplicar una región de interés sobre una parte de dicha área de escaneo, siendo dicha región de interés móvil en dicha área de escaneo y estando controlada por dichos medios de control, en función de la posición angular de dichos primeros medios de redireccionamiento, de manera que dicha región de interés es desplazada en dicha área de escaneo para contener la posición instantánea de dicho abanico en dicha área de escaneo.On the other hand, to further increase the scanning speed and definition, the method comprises the step of applying a region of interest on a part of said scanning area, said region of mobile interest being in said scanning area and being controlled. by said control means, depending on the angular position of said first redirection means, so that said region of interest is displaced in said scanning area to contain the instantaneous position of said fan in said scanning area.
Asimismo, la invención también abarca otras características de detalle ilustradas en la descripción detallada de una forma de realización de la invención y en las figuras que la acompañan. Likewise, the invention also encompasses other detail features illustrated in the detailed description of an embodiment of the invention and in the accompanying figures.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relatan unas formas preferentes de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:Other advantages and features of the invention can be seen from the following description, in which, without any limitation, preferred embodiments of the invention are mentioned, mentioning the accompanying drawings. The figures show:
Fig. 1, una vista esquemática en planta superior, de una primera forma de realización del conjunto de escaneo según la invención, en una primera posición de escaneo. Fig. 1, a schematic top plan view of a first embodiment of the scanning assembly according to the invention, in a first scanning position.
Fig. 2, una vista esquemática en planta superior del conjunto de escaneo de la figura 1, en una segunda posición de escaneo.Fig. 2, a schematic top plan view of the scan assembly of Figure 1, in a second scan position.
Fig. 3, una vista esquemática en perspectiva de una segunda forma de realización del conjunto de escaneo según la invención, en una primera posición de escaneo.Fig. 3, a schematic perspective view of a second embodiment of the scanning set according to the invention, in a first scanning position.
Fig. 4, una vista frontal de un área de escaneo del receptor de luz con una zona de interés en dicha primera posición de escaneo.Fig. 4, a front view of a scanning area of the light receiver with an area of interest in said first scanning position.
Fig. 5, una vista esquemática en perspectiva del conjunto de escaneo de la figura 3, en una segunda posición de escaneo.Fig. 5, a schematic perspective view of the scan assembly of Figure 3, in a second scan position.
Fig.6, una vista frontal del área de escaneo del receptor de luz, con la zona de interés desplazada en la segunda posición de escaneo.Fig. 6, a front view of the scanning area of the light receiver, with the area of interest displaced in the second scanning position.
Fig. 7, un diagrama de la deformación del abanico plano al cambiar de medio debido al paso del abanico plano a través de una ventana de emisión plana en función del ángulo de incidencia sobre dicha ventana.Fig. 7, a diagram of the deformation of the flat fan when changing medium due to the passage of the flat fan through a flat emission window as a function of the angle of incidence on said window.
Fig. 8, una vista esquemática frontal de un vehículo según la invención que incorpora un conjunto de escaneo por láser según la invención.Fig. 8, a schematic front view of a vehicle according to the invention incorporating a laser scanning set according to the invention.
Fig. 9, una vista esquemática en planta superior cortada por un plano del vehículo de la figura 8.Fig. 9, a schematic top plan view cut by a plane of the vehicle of Figure 8.
Fig. 10, una vista esquemática en planta superior de una tercera forma de realización del conjunto de escaneo según la invención, en una primera posición de escaneo. Fig. 10, a schematic top plan view of a third embodiment of the scan assembly according to the invention, in a first scan position.
Descripción detallada de unas formas de realización de la invenciónDetailed description of embodiments of the invention
Las figuras 1 y 2 muestran de forma muy esquemática, una primera forma de realización del conjunto de escaneo 1 por láser según la invención para obtener una caracterización de la forma de una superficie 100.Figures 1 and 2 show in a very schematic way, a first embodiment of the laser scanning assembly 1 according to the invention to obtain a characterization of the shape of a surface 100.
Tal y como se aprecia en estas figuras, el conjunto 1 comprende un emisor de luz 2 láser, un receptor de luz 10 y unos medios de control 14 funcionalmente asociados tanto al emisor de luz 2, como al receptor de luz 10 y los medios de redireccionamiento 8 y que se encargan de sincronizar el funcionamiento de estos.As can be seen in these figures, the assembly 1 comprises a laser light emitter 2, a light receiver 10 and control means 14 functionally associated with both the light emitter 2, the light receiver 10 and the means of Redirect 8 and are responsible for synchronizing the operation of these.
El emisor de luz 2 es una fuente de luz láser puntual, es decir un haz que se proyecta sobre una superficie en forma de punto. En el concepto más amplio de la invención, el láser puede ser cualquier tipo de láser, como por ejemplo, un láser basado en semiconductores o de estado sólido y de cualquier longitud de onda. En el extremo de emisión, el emisor de luz 2 presenta unos medios de difracción 4 que transforman el haz de luz láser puntual en una configuración de abanico 6 plano. Preferentemente, los medios de difracción 4 son, por ejemplo, una lente cilíndrica o una lente Powell. En la invención, no es imprescindible que el emisor de luz 2 y los medios de difracción 4 formen una unidad. De manera alternativa, los medios de difracción 4 pueden estar alineados con el emisor de luz 2, pero algo separados.The light emitter 2 is a point laser light source, that is to say a beam that projects on a point-shaped surface. In the broader concept of the invention, the laser can be any type of laser, such as a semiconductor-based or solid-state laser of any wavelength. At the emission end, the light emitter 2 has diffraction means 4 that transform the spot laser beam into a flat fan configuration 6. Preferably, the diffraction means 4 are, for example, a cylindrical lens or a Powell lens. In the invention, it is not essential that the light emitter 2 and the diffraction means 4 form a unit. Alternatively, the diffraction means 4 may be aligned with the light emitter 2, but somewhat apart.
En otra forma de realización alternativa, el emisor de luz 2 puede estar separado de los medios de difracción 4. En este caso, ambos elementos están conectados entre sí a través de unos medios de guiado 30 de luz, como por ejemplo, una fibra óptica. Esto permite conseguir configuraciones constructivas más compactas.In another alternative embodiment, the light emitter 2 can be separated from the diffraction means 4. In this case, both elements are connected to each other through light guiding means 30, such as an optical fiber . This allows to achieve more compact constructive configurations.
Aguas abajo del emisor de luz 2, en el conjunto 1 de la invención están previstos unos primeros medios de redireccionamiento 8 de luz. Por consiguiente, en esta forma de realización los medios de difracción 4 están situados entre el emisor de luz 2 y los medios de redireccionamiento 8 de luz. Esto simplifica mucho el montaje y la lente de los medios de difracción 4 es más fácil de fabricar. En una forma de realización preferente, los medios de redireccionamiento 8 de luz son un espejo galvanométrico fabricado, por ejemplo, a partir de silicio monocristalino con concentraciones superiores al 95%. En servicio, el espejo galvanométrico está orientado para proyectarDownstream of the light emitter 2, first light redirection means 8 are provided in the assembly 1 of the invention. Accordingly, in this embodiment the diffraction means 4 are located between the light emitter 2 and the light redirection means 8. This greatly simplifies the assembly and the lens of the diffraction means 4 is easier to manufacture. In a preferred embodiment, the light redirection means 8 is a galvanometric mirror manufactured, for example, from monocrystalline silicon with concentrations greater than 95%. In service, the galvanometric mirror is oriented to project
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el haz láser configurado como un abanico 6 proveniente de los medios de difracción 4 sobre la superficie 100 que se desea caracterizar.the laser beam configured as a fan 6 from the diffraction means 4 on the surface 100 that it is desired to characterize.
Como se aprecia en las figuras de esta forma de realización, de forma especialmente preferente, el emisor de luz 2 y los medios de redireccionamiento 8 del haz incidente están encapsulados en una primera carcasa 22a. Esta carcasa 22a presenta una ventana de emisión 24. El espejo galvanométrico está enfrentado a esta ventana de emisión 24 para recibir el abanico 6 de luz láser del emisor de luz 2, redirigirlo y proyectarlo sobre la superficie 100 que debe ser caracterizada. En condiciones de un solo medio de proyección, es decir, la proyección en el aire sin cambio de medio, el abanico 6 plano se proyecta sobre la superficie como una línea recta. Esto no ocurre en los casos en los que existe un cambio de medio, por ejemplo, aire-ventana de emisión 24-agua.As can be seen in the figures of this embodiment, especially preferably, the light emitter 2 and the redirection means 8 of the incident beam are encapsulated in a first housing 22a. This housing 22a has an emission window 24. The galvanometric mirror faces this emission window 24 to receive the laser light fan 6 of the light emitter 2, redirect it and project it on the surface 100 to be characterized. Under conditions of a single projection medium, that is, the projection in the air without changing the medium, the flat fan 6 is projected onto the surface as a straight line. This does not occur in cases where there is a change of medium, for example, air-window emission 24-water.
Por otro lado, el conjunto 1 presenta también un receptor de luz 10 dispuesto orientado hacia la superficie 100 que se debe caracterizar y orientado con respecto a los primeros medios de redireccionamiento 8 de manera que pueda captar un área de escaneo 12 de la superficie 100 en la que esté proyectado el abanico 6. El receptor de luz 10 puede ser una cámara capaz de identificar los píxeles iluminados por la reflexión de la luz láser proveniente de la superficie que debe ser caracterizada.On the other hand, the assembly 1 also has a light receiver 10 arranged oriented towards the surface 100 that must be characterized and oriented with respect to the first redirection means 8 so that it can capture a scanning area 12 of the surface 100 in that the fan 6 is projected. The light receiver 10 can be a camera capable of identifying the pixels illuminated by the reflection of the laser light coming from the surface to be characterized.
De forma especialmente preferente, el receptor de luz 10 está montado también dentro de una segunda carcasa 22b protectora. La carcasa 22b del receptor de luz 10 comprende una ventana de recepción 26. De forma especialmente preferente, la ventana de recepción 26 es lo suficientemente grande como para que el receptor de luz 10, cuando está enfrentado a esta ventana de recepción 26, pueda captar la citada área de escaneo 12, sin ser tapado por las paredes los bordes de la ventana de recepción 26.Especially preferably, the light receiver 10 is also mounted inside a second protective housing 22b. The housing 22b of the light receiver 10 comprises a reception window 26. Especially preferably, the reception window 26 is large enough so that the light receiver 10, when faced with this reception window 26, can capture said scanning area 12, without being covered by the walls the edges of the reception window 26.
Para lograr una correcta caracterización de la superficie 100, cuando el conjunto 1 está en funcionamiento, la orientación es tal que para cualquier posición angular los primeros medios de redireccionamiento 8, dentro del área de escaneo 12 esté contenido el abanico 6 proyectado sobre la superficie 100. To achieve a correct characterization of the surface 100, when the assembly 1 is in operation, the orientation is such that for any angular position the first redirection means 8, within the scanning area 12 the fan 6 projected on the surface 100 is contained .
Como también se aprecia en estas figuras, los primeros medios de redireccionamiento 8 y el receptor de luz 10 están separados a una distancia lineal predeterminada, conocida y constante. Esta distancia lineal define una línea de base 28 entre ambos elementos del conjunto 1. Como se aprecia en las figuras, el abanico 6, una vez redirigido, forma un primer ángulo a con respecto a dicha línea de base 28, y una vez reflejado por dicha superficie 10 forma un segundo ángulo p con respecto a dicha línea de base 28.As can also be seen in these figures, the first redirection means 8 and the light receiver 10 are separated by a predetermined, known and constant linear distance. This linear distance defines a baseline 28 between both elements of the assembly 1. As shown in the figures, the fan 6, once redirected, forms a first angle a with respect to said baseline 28, and once reflected by said surface 10 forms a second angle p with respect to said baseline 28.
El conjunto 1 según la invención también presenta los medios de control 14 que están funcionalmente asociados con el emisor y el receptor de luz 2, 10 así como a los elementos de redireccionamiento 8 a través de cables para sincronizar la emisión del haz láser por parte del emisor de luz 2, con la posición angular del medio de redireccionamiento 8, con la captación del área de escaneo 12 por parte del receptor de luz 10. En otras palabras, para cada posición del abanico 6, el receptor de luz 10 capta una imagen.The assembly 1 according to the invention also presents the control means 14 that are functionally associated with the emitter and the light receiver 2, 10 as well as the redirection elements 8 via cables to synchronize the emission of the laser beam by the light emitter 2, with the angular position of the redirection means 8, with the acquisition of the scanning area 12 by the light receiver 10. In other words, for each position of the fan 6, the light receiver 10 captures an image .
Cabe comentar que de forma opcional todos los elementos del conjunto 1 según la invención pueden estar dispuestos en una única carcasa 22a con ventanas de emisión y de recepción individuales (véase las figuras 8 y 9) o con una única ventana para las dos funciones. Por otra parte, también es preferente que la carcasa 22a sea estanca al agua. Esto permite utilizar el conjunto de escaneo 1 bajo el agua. Esta solución se puede aplicar, por ejemplo, a un vehículo subacuático operado de forma remota, más conocido en la técnica como ROV, por Remotely Operated Vehicle o un vehículo subacuático autónomo, conocido como AUV, por Autonomous Underwater Vehicle. It should be noted that optionally all the elements of the assembly 1 according to the invention can be arranged in a single housing 22a with individual emission and reception windows (see Figures 8 and 9) or with a single window for the two functions. On the other hand, it is also preferred that the housing 22a is waterproof. This allows scanning set 1 to be used underwater. This solution can be applied, for example, to a remotely operated underwater vehicle, better known in the art as ROV, by Remotely Operated Vehicle or an autonomous underwater vehicle, known as AUV, by Autonomous Underwater Vehicle.
En este contexto, también cabe comentar que si el conjunto 1 se utiliza en un entorno subacuático el láser utilizado es preferentemente verde o azul. Como ya se ha explicado anteriormente, el color azul es preferible en el caso de aguas claras o poco turbias, mientras que el láser verde es preferible cuando el agua es turbia.In this context, it is also worth mentioning that if the set 1 is used in an underwater environment, the laser used is preferably green or blue. As explained above, the blue color is preferable in the case of clear or slightly cloudy waters, while the green laser is preferable when the water is cloudy.
Como primer elemento para incrementar la velocidad de escaneo, o alternativamente la definición de la superficie, la invención prevé que los primeros medios de redireccionamiento 8 estén montados rotativos alrededor del eje 16 fijo con respecto al emisor y al receptor de luz 2, 10. En este caso, la rotación respecto al emisor y al receptor de luz 2, 10 se lleva a cabo respecto al eje vertical, que sobresaldría del plano de las figuras 1 y 2 y el giro se indica en las figuras con la doble flecha A. El giro de los primeros medios de redireccionamiento 8 está controlado por los medios de control 14. Con ello, el abanico 6 es desplazado girando los primeros medios de redireccionamiento dentro del área de escaneo 12 a lo largo de una pluralidad de posiciones instantáneas P1, P2 distintas. Este giro para mover el abanico está sincronizado con la emisión del abanico 6 por el emisor de luz 2 y la captación del área de escaneo por parte del receptor de luz 10 con la consiguiente determinación de los puntos iluminados.As the first element for increasing the scanning speed, or alternatively the definition of the surface, the invention provides that the first redirection means 8 are mounted rotary around the fixed axis 16 with respect to the emitter and the light receiver 2, 10. In in this case, the rotation with respect to the issuer and the light receiver 2, 10 is carried out with respect to the vertical axis, which would protrude from the plane of figures 1 and 2 and the rotation is indicated in the figures with the double arrow A. The rotation of the first redirection means 8 is controlled by the control means 14. With this, the fan 6 is displaced by rotating the first redirection means within the scanning area 12 along a plurality of different instantaneous positions P1, P2. This rotation to move the fan is synchronized with the emission of the fan 6 by the light emitter 2 and the acquisition of the scanning area by the light receiver 10 with the consequent determination of the illuminated points.
Como segundo elemento para incrementar la velocidad de escaneo, o alternativamente la definición de la superficie, en el conjunto de las figuras 1 y 2 está previsto en primer lugar que el receptor de luz 10 comprenda unos primeros medios de procesamiento 18 propios, es decir, integrados en el propio receptor de luz 10. Estos medios de procesamiento 18 permiten, por lo menos, distinguir qué puntos de dicha área de escaneo 12 están iluminados por dicho abanico láser 6. Esto es, de toda la imagen captada por el receptor de luz 10, los primeros medios de procesamiento 18 son capaces de discriminar qué puntos o píxeles de la imagen corresponden a la reflexión de la luz láser y qué puntos o píxeles no corresponden.As a second element for increasing the scanning speed, or alternatively the definition of the surface, in the set of figures 1 and 2 it is first provided that the light receiver 10 comprises its own first processing means 18, that is, integrated in the light receiver itself 10. These processing means 18 allow, at least, to distinguish which points of said scanning area 12 are illuminated by said laser fan 6. That is, of the entire image captured by the light receiver 10, the first processing means 18 are able to discriminate which points or pixels in the image correspond to the reflection of the laser light and which points or pixels do not correspond.
Cuando el abanico 6 se proyecta sobre la posición P1 instantánea, si el medio es constante, por ejemplo cuando la proyección ocurre sólo en el aire, esta proyección es una línea recta. Si hay cambio de medio, por ejemplo aire-ventana de emisión 24-agua, entonces, el abanico 6 forma una curva cuya curvatura se incrementa al crecer el ángulo de incidencia del abanico 6 sobre la ventana de emisión 24. El receptor de luz 10 detecta en el área de escaneo 12, la reflexión de esta línea de puntos. Utilizando la triangulación entre la luz que ha iluminado los puntos del área de escaneo 12 identificados por los medios de procesamiento 18 y el abanico 6 y conociendo la posición relativa del eje 16 con el captador de luz 10 (línea de base 28), el conjunto 1 puede determinar y caracterizar la superficie 100 en esta posición P1 definiendo una pluralidad de puntos de referencia. Éste proceso de triangulación puede darse o bien en la unidad central 14, o preferentemente en los mismos medios de procesamiento 18.When the fan 6 is projected on the instantaneous position P1, if the medium is constant, for example when the projection occurs only in the air, this projection is a straight line. If there is a change of medium, for example air-emission window 24-water, then, the fan 6 forms a curve whose curvature is increased as the angle of incidence of the fan 6 increases over the emission window 24. The light receiver 10 detects in the scan area 12, the reflection of this dotted line. Using the triangulation between the light that has illuminated the points of the scanning area 12 identified by the processing means 18 and the fan 6 and knowing the relative position of the axis 16 with the light sensor 10 (baseline 28), the assembly 1 can determine and characterize the surface 100 in this position P1 by defining a plurality of reference points. This triangulation process can occur either in the central unit 14, or preferably in the same processing means 18.
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A partir de aquí, se repiten las operaciones descritas en los párrafos anteriores para tantas posiciones instantáneas como se deseen. Este procedimiento se repite sucesivamente y se acaba obteniendo una nube de puntos que caracterizan geométricamente la superficie 100. Preferentemente, los medios de redireccionamiento 8 harán un movimiento angular siempre en la misma dirección durante la adquisición de dicha nube de puntos. A mayor número de posiciones instantáneas captadas por el receptor de luz 10, determinando la forma de la proyección del abanico sobre la superficie 100, mayor será la definición de la caracterización geométrica de la misma.From here, the operations described in the previous paragraphs are repeated for as many instantaneous positions as desired. This procedure is repeated successively and a cloud of points that geometrically characterizes the surface 100 is obtained. Preferably, the redirection means 8 will always make an angular movement in the same direction during the acquisition of said point cloud. The greater the number of instantaneous positions captured by the light receiver 10, determining the shape of the projection of the fan on the surface 100, the greater the definition of the geometric characterization thereof.
Gracias a que el procesamiento de los puntos para cada posición angular de los medios de redireccionamiento 8 lo hacen los primeros medios de procesamiento 18, el volumen de datos que hay que manejar a posteriori para obtener la nube de puntos es mucho menor. Esto permite o bien lograr más velocidad o incrementar el nivel de definición de la superficie 100 caracterizada.Thanks to the fact that the processing of the points for each angular position of the redirection means 8 is done by the first processing means 18, the volume of data that must be handled later to obtain the point cloud is much smaller. This allows either to achieve more speed or to increase the level of definition of the characterized surface 100.
Por otra parte, cabe comentar que de forma especialmente preferente, la generación de la nube de puntos según la invención se puede obtener también mediante los primeros medios de procesamiento 18. No obstante, en cualquiera de las formas de realización de la invención esto se puede realizar alternativamente en los medios de control 14 centralizados.On the other hand, it should be noted that in a particularly preferred manner, the generation of the point cloud according to the invention can also be obtained by the first processing means 18. However, in any of the embodiments of the invention this can be achieved. alternatively perform in centralized control means 14.
A continuación se muestran otra forma de realización del conjunto de escaneo por láser según la invención que comparte gran parte de las características descritas en los párrafos anteriores. Por consiguiente, en adelante sólo se describirán los elementos diferenciadores, mientras que para los elementos comunes se hace referencia a la descripción de la primera forma de realización.Below is another embodiment of the laser scanning assembly according to the invention that shares a large part of the features described in the preceding paragraphs. Therefore, from now on only the differentiating elements will be described, while for the common elements reference is made to the description of the first embodiment.
El conjunto 1 de escaneo de las figura 3 a 6 es esencialmente idéntico al de las figuras 1 y 2, es decir, comprende igualmente un emisor de luz 2 láser, unos primeros medios de difracción 4 para transformar el haz de luz láser en una configuración de abanico 6 plano, unos primeros medios de redireccionamiento 8 montados rotativos alrededor de un eje fijo, un receptor de luz 10 con unos medios de procesamiento 18 propios y unos medios de control 14 encargados del control del emisor y el receptor de luz 2, 10. Sin embargo, en este caso, el conjunto 1 no está encapsulado.The scanning assembly 1 of Figures 3 to 6 is essentially identical to that of Figures 1 and 2, that is, it also comprises a laser light emitter 2, first diffraction means 4 for transforming the laser light beam into a configuration of flat fan 6, first redirection means 8 mounted rotatably around a fixed axis, a light receiver 10 with its own processing means 18 and about control means 14 responsible for the control of the emitter and the light receiver 2, 10. However, in this case, the set 1 is not encapsulated.
También, la disposición de todos los elementos y su funcionamiento conjunto es sustancialmente la misma y permiten poner en práctica el mismo procedimiento de escaneo 1 por láser para obtener una caracterización de la forma de una superficie 100.Por otra parte, la diferencia más importante consiste en que el receptor de luz 10 comprende una región de interés 20 que corresponde a sólo una parte del área de escaneo 12. En otras palabras, el propio receptor de luz 10 es capaz de reducir el área en la que se busca el láser dentro del área de escaneo 12, para reducir también el área que debe ser procesada para determinar la posición de los puntos iluminados por el abanico 6 láser. Para ello, la región de interés 20 es móvil en el área de escaneo 12, controlada por los medios de control 14 en función de la posición de los medios de redireccionamiento 18. Para ello, los medios de control 14 tienen en consideración en qué posición angular instantánea se encuentran los primeros medios de redireccionamiento 8, para luego desplazar la región de interés 20 en el área de escaneo 12 de manera que la curva que forma el abanico 6 sobre la superficie 100 que debe ser caracterizada esté contenida dentro de la región de interés 20 en cada imagen captada por parte del receptor de luz 14.Also, the arrangement of all the elements and their joint operation is substantially the same and allows the same scanning procedure 1 to be carried out by laser to obtain a characterization of the shape of a surface 100. On the other hand, the most important difference consists wherein the light receiver 10 comprises a region of interest 20 corresponding to only a part of the scanning area 12. In other words, the light receiver 10 itself is capable of reducing the area in which the laser is sought within the scanning area 12, to also reduce the area that must be processed to determine the position of the points illuminated by the laser fan 6. For this, the region of interest 20 is mobile in the scanning area 12, controlled by the control means 14 depending on the position of the redirection means 18. For this purpose, the control means 14 take into account in which position The first redirection means 8 are instantaneous angular, and then move the region of interest 20 in the scanning area 12 so that the curve formed by the fan 6 on the surface 100 to be characterized is contained within the region of interest 20 in each image captured by the light receiver 14.
La región de interés 20 es menor que el área de escaneo 12 que potencialmente puede escanear el receptor de luz 10 en cada imagen captada. En particular, de forma especialmente preferente, el área de escaneo 12 es un paralelogramo de ángulos rectos con una base y una altura predeterminadas y la región de interés 20 puede ser un paralelogramo de ángulos rectos que se desplaza controlado por los medios de control 14 dentro del área de escaneo 12, como se aprecia en las figuras. Esto reduce enormemente el número de píxeles que deben analizar y procesar los primeros medios de procesamiento 18, para determinar cuáles de ellos son realmente puntos iluminados por la reflexión del abanico 6 láser en la superficie a caracterizar 100. En este caso, la región de interés 20 se debería desplazar tanto en una primera dirección principal del área de escaneo, como en la dirección perpendicular.The region of interest 20 is smaller than the scanning area 12 that the light receiver 10 can potentially scan in each captured image. In particular, particularly preferably, the scanning area 12 is a parallelogram of right angles with a predetermined base and height and the region of interest 20 may be a parallelogram of right angles that is controlled controlled by the control means 14 within of scan area 12, as seen in the figures. This greatly reduces the number of pixels that the first processing means 18 must analyze and process, to determine which of them are really illuminated points by the reflection of the laser fan 6 on the surface to be characterized 100. In this case, the region of interest 20 should move both in a first main direction of the scanning area, and in the perpendicular direction.
No obstante, en la forma de realización de las figuras 3 a 6, la región de interés 20 en este caso es un paralelogramo de ángulos rectos que ocupa la totalidad de la alturaHowever, in the embodiment of Figures 3 to 6, the region of interest 20 in this case is a parallelogram of right angles that occupies the entire height
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del área de escaneo 12 y solo una parte de su anchura. Esto simplifica mucho el control de la posición de la región de interés 20 respecto al área teórica de escaneo. En esta forma de realización sólo es necesario desplazar la región de interés 20 en sentido horizontal a lo largo del área de escaneo. Alternativamente, el paralelogramo de la región de interés podría ocupar la totalidad de la anchura del área de escaneo 12, y sólo una parte de la altura y por consiguiente se desplazaría a lo largo de la altura del área de escaneo 12.of scan area 12 and only part of its width. This greatly simplifies the control of the position of the region of interest 20 with respect to the theoretical scanning area. In this embodiment, it is only necessary to move the region of interest 20 horizontally along the scanning area. Alternatively, the parallelogram of the region of interest could occupy the entire width of the scanning area 12, and only a part of the height and therefore would travel along the height of the scanning area 12.
Todo ello, proporciona una mayor velocidad de adquisición de puntos característicos de la superficie a caracterizar que permite obtener más rápidamente nubes de puntos, o sino una mayor definición de estas nubes de puntos.All of this provides a higher speed of acquiring characteristic points of the surface to be characterized that allows point clouds to be obtained more quickly, or else a greater definition of these point clouds.
Tal y como se ha explicado, el conjunto de escaneo 1 según la invención presenta múltiples aplicaciones, en especial cuando está montado en un vehículo y más particularmente en un vehículo subacuático que puede ser operado de forma remota (ROV) o autónomo (AUV), entre otros. Gracias a este tipo de vehículos se pueden llevar a cabo cartografía submarina, realizar operaciones de mantenimiento en estructuras subacuáticas, u otras.As explained, the scanning set 1 according to the invention has multiple applications, especially when mounted in a vehicle and more particularly in an underwater vehicle that can be operated remotely (ROV) or autonomously (AUV), among others. Thanks to this type of vehicles, underwater cartography, maintenance operations in underwater structures, or others can be carried out.
En este tipo de aplicaciones el haz láser tiene que pasar por tres medios diferenciados: el aire dentro de la carcasa del vehículo, el vidrio de la ventana de emisión y finalmente el agua. El cambio de medio, en función del ángulo de incidencia provoca que cuando el abanico 6 que teóricamente es plano, se proyecta sobre la superficie 100 a caracterizar, se deforme como una curva. Este efecto se representa en la figura 7. Como se puede observar, a medida que crece el ángulo de incidencia del abanico 6 sobre la ventana de emisión, se incrementa la curvatura de abanico sobre la superficie a caracterizar.In this type of applications the laser beam has to go through three differentiated means: the air inside the vehicle's housing, the glass of the emission window and finally the water. The change of medium, depending on the angle of incidence causes that when the fan 6 that theoretically is flat, is projected on the surface 100 to be characterized, it is deformed as a curve. This effect is represented in Figure 7. As can be seen, as the angle of incidence of the fan 6 on the emission window grows, the curvature of the fan on the surface to be characterized is increased.
En condiciones normales, la triangulación se realiza entre un haz que ha iluminado el píxel correspondiente de la cámara que es la reflexión del abanico 6 en la superficie 100 con el abanico caracterizado por un plano. Sin embargo, en condiciones de cambio de medio, como por ejemplo, cuando el conjunto de escaneo trabaja en un medio subacuático, el abanico 6 está mejor caracterizado por un cono elíptico que porUnder normal conditions, triangulation is performed between a beam that has illuminated the corresponding pixel of the chamber which is the reflection of the fan 6 on the surface 100 with the fan characterized by a plane. However, under conditions of medium change, such as when the scan set works in an underwater environment, the fan 6 is better characterized by an elliptical cone than by
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un plano. Por lo tanto, la triangulación en este caso se realiza calculando la intersección del haz de luz que ha iluminado el píxel del receptor de luz 10 con éste. a plane Therefore, triangulation in this case is performed by calculating the intersection of the light beam that has illuminated the pixel of the light receiver 10 with it.
En las figuras 8 y 9 se muestra un vehículo 32 según la invención en el que está montado un conjunto de escaneo 1 similar a los descritos hasta este punto.A vehicle 32 according to the invention is shown in Figures 8 and 9 in which a scan assembly 1 similar to those described up to this point is mounted.
El vehículo 32 es preferentemente un vehículo subacuático y más en particular un vehículo subacuático operado a distancia o autónomo propulsado por unos medios de propulsión 34 de tipo hélice.The vehicle 32 is preferably an underwater vehicle and more particularly a remote or autonomous underwater vehicle propelled by propeller-like propulsion means 34.
El vehículo 32 presenta una única primera carcasa 22a que contiene en su interior el citado conjunto de escaneo 1. Este tipo de vehículos es adecuado, por ejemplo, para cartografiar el fondo marino.The vehicle 32 has a single first housing 22a which contains the said scanning set 1 inside. This type of vehicle is suitable, for example, for mapping the seabed.
En la figura 9 se aprecia como particularidad que en el vehículo el emisor de luz 2 está separado de los medios de difracción 4. No obstante, ambos elementos están conectados a través de unos medios de guiado de luz 30, como por ejemplo un cable de fibra óptica.In figure 9 it can be seen as a feature that in the vehicle the light emitter 2 is separated from the diffraction means 4. However, both elements are connected through a light guiding means 30, such as a cable optical fiber.
Por el resto, el vehículo presenta un conjunto de escaneo 1 de características similares a las de la forma de realización de la figura 1. Por consiguiente, en cuanto a estas características y al procedimiento de escaneo se hace referencia a los párrafos anteriores.For the rest, the vehicle has a scanning set 1 of similar characteristics to those of the embodiment of Figure 1. Accordingly, as regards these characteristics and the scanning procedure reference is made to the preceding paragraphs.
Finalmente, en la figura 10 se muestra una vista esquemática en planta superior de una tercera forma de realización del conjunto de escaneo 1 según la invención. Este conjunto de escaneo 1 es prácticamente idéntico a la forma de realización de las figuras 1 y 2. Por consiguiente, para las características no descritas a continuación, se hace referencia a la descripción de la forma de realización de las figuras 1 y 2. No obstante, en este caso, los medios de difracción 4 están dispuestos aguas abajo de los medios de redireccionamiento 8. De esta forma, los medios de redireccionamiento redireccionan un haz láser puntual que luego, al pasar por los medios de difracción 4 adopta la forma de abanico 6.Finally, a schematic top plan view of a third embodiment of the scan assembly 1 according to the invention is shown in Figure 10. This scan set 1 is practically identical to the embodiment of Figures 1 and 2. Accordingly, for the characteristics not described below, reference is made to the description of the embodiment of Figures 1 and 2. No However, in this case, the diffraction means 4 are disposed downstream of the redirection means 8. In this way, the redirection means redirects a specific laser beam which then, when passing through the diffraction means 4 takes the form of fan 6.
Los medios de difracción 4 pueden ser también una lente cilíndrica o una lente Powell, pero configurada como un segmento de anillo. The diffraction means 4 can also be a cylindrical lens or a Powell lens, but configured as a ring segment.
En una forma de realización especialmente preferente no mostrada en las figuras, los medios de difracción 4 están formados directamente en la propia ventana de emisión 24.In a particularly preferred embodiment not shown in the figures, the diffraction means 4 are formed directly in the emission window 24 itself.
Las formas de realización hasta aquí descritas representan ejemplos no limitativos, de manera que el experto en la materia entenderá que más allá de los ejemplos mostrados, dentro del alcance de la invención son posibles múltiples combinaciones entre las características reivindicadas.The embodiments described so far represent non-limiting examples, so that the person skilled in the art will understand that beyond the examples shown, multiple combinations between the claimed characteristics are possible within the scope of the invention.
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